Substansi, keadaan, dan keberadaan membran adalah perbedaan utama antara difusi dan osmosis. Difusi melibatkan pergerakan partikel dari area dengan konsentrasi tinggi ke area dengan konsentrasi lebih rendah. Osmosis adalah jenis difusi, tetapi hanya melibatkan pergerakan air melintasi membran semipermeabel dari area yang mengandung konsentrasi zat terlarut rendah ke area yang mengandung konsentrasi zat terlarut tinggi.
Difusi dan osmosis keduanya merupakan bentuk transpor pasif, di mana suatu sistem tidak memerlukan energi untuk melakukan prosesnya. Dalam difusi, proses ini pada dasarnya dapat terjadi dengan zat apa pun dalam keadaan apa pun, termasuk padatan, cairan, dan gas. Misalnya, helium yang dilepaskan dari balon dapat berdifusi melalui udara, sementara setetes pewarna dalam air secara bertahap akan berdifusi ke seluruh wadah. Padatan dapat mengalami difusi, seperti dalam kasus natrium klorida yang larut dan berdifusi dalam air. Eksperimen juga menemukan bahwa padatan dapat berdifusi ke padatan lain, tetapi hal ini tidak mudah diamati karena laju difusi jauh lebih lambat daripada cairan dan gas.
Osmosis hanya menggambarkan pergerakan air. Ini secara khusus melibatkan difusi air melintasi membran semipermeabel, seperti membran sel. Osmosis juga mengharuskan air berada dalam keadaan cair daripada es padat atau uap air gas.
Selama proses osmosis, air diperlakukan sebagai molekul pelarut, dan semua zat lain diperlakukan sebagai zat terlarut. Air bergerak dari daerah yang mengandung zat terlarut dalam jumlah rendah melintasi membran ke daerah dengan jumlah zat terlarut yang lebih tinggi. Umumnya, zat terlarut dipisahkan oleh membran, yang tetap permeabel terhadap air tetapi tidak permeabel terhadap bahan terlarut, yang berarti bahwa mereka tidak dapat melewatinya. Difusi dan osmosis berbeda dengan cara ini, karena difusi menggambarkan pergerakan zat terlarut melalui pelarut, sedangkan osmosis menggambarkan pergerakan pelarut itu sendiri.
Perbedaan lain antara difusi dan osmosis termasuk fakta bahwa osmosis harus terjadi di atas membran sementara difusi dapat terjadi di mana saja dalam ruang berukuran berapa pun. Osmosis juga sering terjadi pada tingkat yang lebih lambat daripada rata-rata difusi, karena difusi termasuk pergerakan gas yang jauh lebih cepat daripada pergerakan cairan. Difusi juga mengamati pergerakan partikel ke segala arah, sedangkan osmosis hanya berfokus pada pergerakan air dalam satu arah melintasi membran.